DE60310221T2

DE60310221T2 - Luftbehandlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE60310221T2
Application number: DE60310221T
Authority: DE
Inventors: Robert Michael Fielding
Original assignee: Domnick Hunter Ltd
Current assignee: Parker Hannifin Ltd
Priority date: 2002-05-14
Filing date: 2003-05-13
Publication date: 2007-09-27
Anticipated expiration: 2023-05-14
Also published as: EP1503845A1; AU2003227924A1; US20050217487A1; US7655077B2; WO2003095070A1; ATE347435T1; EP1503845B1; GB0210975D0; DE60310221D1

Description

Die Erfindung betrifft ein System zum Behandeln von Luft, welche in einem abgeschlossenen Raum eingeatmet werden soll.
Hintergrund der Erfindung
Es kann wünschenswert sein, Luft zu behandeln, die eingeatmet werden soll, um Verunreinigungen zu entfernen und außerdem ein geeignetes Verhältnis der einzelnen Bestandteile eines Luftgemischs (Sauerstoff, Kohlendioxid, Stickstoff usw.) bereitzustellen. Verunreinigungen, die entfernt werden sollen, könnten fest (in Form von Feststoffteilchen), flüssig (in Form von Aerosolen) oder gasförmig sein. Der abgeschlossene Raum, in dem die behandelte Luft eingeatmet werden soll, könnte ein Gebäude oder ein Fahrzeug sein. Ein Beispiel für eine Anwendung des Systems der Erfindung könnte beispielsweise in einem landwirtschaftlichen Fahrzeug sein, das sich in einer Umgebung befinden kann, die Teilchen und flüssige oder gasförmige Materialien enthalten, denen der Fahrer des Fahrzeugs vorzugsweise nicht ausgesetzt sein sollte. Die Erfindung betrifft jedoch auch die Behandlung von Luft für andere Anwendungen, zum Beispiel für die Zufuhr zu einem Gebäude.
In EP-A-1 101 641 ist ein System zum Behandeln von Luft beschrieben, die einem abgeschlossenen Raum zugeführt wird, einschließlich der Regeneration und Rückführung der Luft.
Es ist bekannt, Verunreinigungen aus einem Gas unter Verwendung einer regenerativen Adsorptionsvorrichtung zu entfernen. Eine derartige Vorrichtung umfaßt mindestens zwei Kammern, von denen jede eine Menge eines adsorbierenden Materials enthält. Das Gas wird so geleitet, daß es durch eine der Kammern strömt, damit es behandelt werden kann, während das adsorbierende Material in der anderen Kammer regeneriert wird, indem der verunreinigende Stoff, der zuvor adsorbiert wurde, daraus entfernt wird, während der Druck in dieser Kammer vermindert wird. Der adsorbierte Bestandteil kann mit Hilfe eines Reinigungsgasstroms verdrängt werden, der aus dem Strom am Auslaß der Kammer entnommen werden könnte, in der die Adsorption stattfindet. Die Regeneration des adsorbierenden Materials kann Veränderungen des Drucks und/oder der Temperatur in der Kammer beinhalten, insbesondere eine Druckminderung in der Kammer und einen Temperaturanstieg.
Ein Nachteil bekannter regenerativer Adsorptionsanordnungen besteht darin, daß große Kammern erforderlich sein können, um ausreichend adsorbierendes Material bereitzustellen, damit genug Luft entsprechend behandelt werden kann, damit sie eingeatmet werden kann, insbesondere wenn sich die Verunreinigungen in der Luft nur lose an das adsorbierende Material binden und insbesondere, wenn der abgeschlossene Raum groß ist (beispielsweise wie im Fall eines Gebäudes).
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung schafft ein System zur Luftbehandlung, das eine Rezirkulationsleitung aufweist, durch die Luft aus dem abgeschlossenen Raum rezirkuliert werden kann und bei dem eine Verunreinigungsadsorptionsanordnung in einer Hilfsversorgungsleitung angeordnet ist, damit Luft aus der Atmosphäre zugeführt werden kann, die behandelt wurde, um Verunreinigungen zu entfernen, damit sie mit Luft in dem abgeschlossenen Raum vermischt werden kann oder mit der der abgeschlossene Raum versorgt werden soll.
Folglich stellt die Erfindung in einem Gesichtspunkt ein System zum Behandeln von Luft bereit, die in einem abgeschlossenen Raum eingeatmet werden soll, mit:

a. einem Primäreinlaß, durch welchen Luft aus der Atmosphäre in das System eingelassen werden kann,
b. einem Primäreinlaßventil, mittels dessen der Luftstrom in das System durch den Primäreinlaß reguliert werden kann,
c. einem Auslaß, durch welchen die Luft in dem abgeschlossenen Raum zur Atmosphäre hin entlüftet werden kann,
d. einer Rezirkulationsleitung, durch welche Luft aus dem abgeschlossenen Raum rezirkuliert werden kann, um in den abgeschlossenen Raum wiedereingelassen zu werden,
e. einer Verunreinigungsadsorptionsanordnung, mittels welcher Verunreinigungen in atmosphärischer Luft adsorbiert werden können, wobei die Anordnung in einer Hilfsversorgungsleitung angeordnet ist, durch welche Luft aus der Atmosphäre (i) zur Behandlung mittels der Adsorptionsanordnung, um Verunreinigungen zu adsorbieren, und (ii) zur Vermischung mit Luft, welche in dem oder zur Versorgung des abgeschlossenen Raumes vorgesehen ist, strömen kann,
f. einem Hilfseinlaßventil, mittels dessen der Luftstrom durch die Verunreinigungsadsorptionsanordnung und die Hilfsversorgungsleitung reguliert werden kann,
g. einer Betätigungsvorrichtung, welche Signale erzeugen kann, um das Primäreinlaß- und das Hilfseinlaßventil zu steuern,

Das System der Erfindung weist den Vorteil auf, daß die Belastung einer Verunreinigungsadsorptionsanordnung verringert werden kann, indem Luft aus dem abgeschlossenen Raum rezirkuliert wird. Folglich wird Luft aus dem abgeschlossenen Raum, die durch die Rezirkulationsleitung rezirkuliert wird, wieder in den abgeschlossenen Raum eingelassen, ohne daß sie die Verunreinigungsadsorptionsanordnung passieren muß. Dadurch kann eine kleinere Verunreinigungsadsorptionsanordnung eingesetzt werden, als es der Fall wäre, wenn die gesamte Luft, die im abgeschlossenen Raum eingeatmet werden soll, die Anordnung passieren muß. Wenn die atmosphärische Luft nicht verunreinigt ist, kann Luft nach Bedarf uneingeschränkt in das System eingelassen und dem abgeschlossenen Raum zugeführt werden, um eingeatmet zu werden. Bei vielen Anwendungen wird es bevorzugt, daß die Luft konditioniert wird, bevor sie dem abgeschlossenen Raum zugeführt wird. Beispielweise kann das System Komponenten zum Verändern der Temperatur der Luft aufweisen, die in den abgeschlossenen Raum eingelassen wird, zum Beispiel eine Heizvorrichtung oder eine Kühlvorrichtung. Luft kann aus dem abgeschlossenen Raum direkt oder indirekt an die Atmosphäre abgegeben werden, zum Beispiel über einen Auslaß, der nach dem abgeschlossenen Raum angeordnet ist, zum Beispiel in der Rezirkulationsleitung.
Ist die atmosphärische Luft verunreinigt, kann Sauerstoff, der im abgeschlossenen Raum aus der Luft entzogen wurde, unter Verwendung von Luft wieder nachgeliefert werden, die durch die Hilfsversorgungsleitung in den abgeschlossenen Raum eingelassen wird (direkt oder indirekt, zum Beispiel durch die Hilfsversorgungsleitung).
Die Luft in der Rezirkulationsleitung wird wieder in den abgeschlossenen Raum geführt, ohne die Verunreinigungsadsorptionsanordnung zu passieren. Vorzugsweise führt die Rezirkulationsleitung Luft aus dem abgeschlossenen Raum in eine Hauptversorgungsleitung zur Wiedereinführung in den abgeschlossenen Raum. Diese Hauptversorgungsleitung kann atmosphärische Luft, die durch den Haupteinlaß eingelassen wird, in den abgeschlossenen Raum leiten.
Vorzugsweise weist das System ein Rezirkulierventil auf, mittel dessen der Luftstrom durch die Rezirkulationsleitung gesteuert werden kann. Vorzugsweise kann die Betätigungsvorrichtung Signale erzeugen, um das Rezirkulierventil zu steuern, wobei bewirkt wird, daß sich gemeinsam mit der Bewegung des Hilfseinlaßventils zu seiner vollständig offenen Stellung hin und der Bewegung des Primäreinlaßventils zu seiner vollständig geschlossenen Stellung hin das Rezirkulierventil zu seiner vollständig offenen Stellung hin bewegt.
Um die Belastung der Vorrichtung zu vermindern, mit der die Luft erwärmt oder gekühlt wird, kann das System mit der Luft aus dem abgeschlossenen Raum betrieben werden, die rezirkuliert wird. Unter diesen Umständen kann das Hilfseinlaßventil geschlossen sein, sodaß Luft aus der Atmosphäre nicht durch die Verunreinigungsadsorptionsanordnung strömt. Luft aus der Atmosphäre kann bei offenem Primäreinlaßventil durch den Primäreinlaß in das System gelangen. Wenn die atmosphärische Luft verunreinigt ist, kann das Primäreinlaßventil geschlossen und kann das Hilfseinlaßventil geöffnet werden (dies kann unter Verwendung eines einzigen Ventils erreicht werden, das umgeschaltet wird, damit es den Primäreinlaß schließt und den Hilfseinlaß öffnet).
Vorzugsweise umfaßt die Hauptversorgungsleitung Komponenten zur Konditionierung der Luft, mit welcher der abgeschlossene Raum zu versorgen ist. Zum Beispiel können die Luftkonditionierungskomponenten dazu dienen, die Temperatur und/oder die Feuchtigkeit der Luft zu verändern, mit welcher der abgeschlossene Raum versorgt werden soll, zum Beispiel der Luft, die aus der Atmosphäre eingelassen wird, oder der Luft aus dem abgeschlossenen Raum, die rezirkuliert wird. Insbesondere kann es bevorzugt sein, eine Kühlvorrichtung in der Hauptversorgungsleitung vorzusehen, mit der die Luft gekühlt werden kann, die dem abgeschlossenen Raum zugeführt wird. Es kann auch bevorzugt sein, eine Vorrichtung vorzusehen, die die Feuchtigkeit der Luft verringert, die dem abgeschlossenen Raum zugeführt wird. Dies kann bei einigen Anwendungen von Bedeutung sein, um steigende Temperaturen der Luft zu regulieren, die im abgeschlossenen Raum eingeatmet wird.
Vorzugsweise wird Luft aus der Rezirkulationsleitung und aus der Hilfsversorgungsleitung, die in den abgeschlossenen Raum eingelassen wird, wenn die atmosphärische Luft verunreinigt ist, durch eine Versorgungsleitung (die eine Hilfsversorgungsleitung oder insbesondere die zuvor erwähnte Hauptversorgungsleitung sein kann) in den abgeschlossenen Raum eingelassen, die Luftkonditionierungskomponenten aufweist, die diese Luft passiert, bevor sie in den abgeschlossenen Raum eingelassen wird.
Vorzugsweise weist das System einen Ventilator zum Zirkulieren von Luft durch den abgeschlossenen Raum auf. Der Ventilator kann so angeordnet sein, daß er den Luftstrom in der Versorgungsleitung beeinflußt. Der Ventilator kann so arbeiten, daß er Luft, die nicht verunreinigt ist, aus dem Einlaß in den und durch den abgeschlossenen Raum hindurch bewegt. Der Ventilator kann so arbeiten, daß er Luft aus dem abgeschlossenen Raum durch die Rezirkulationsleitung bewegt, sowie durch Luftkonditionierungskomponenten, wenn diese vorhanden sind. Der Ventilator kann in der Hauptversorgungsleitung angeordnet sein, sodaß er Luft aus dem abgeschlossenen Raum beeinflussen kann, die rezirkuliert wird, oder Luft aus der Atmosphäre, die durch den Haupteinlaß eingelassen wird.
Vorzugsweise wird Luft, die durch die Hilfsversorgungsleitung in das System eingelassen wird, im Allgemeinen, nachdem sie in der Adsorptionsanordnung behandelt wurde, hinter dem Ventilator mit Luft vermischt, die sich im System befindet (zum Beispiel im abgeschlossenen Raum oder dahin strömend).
Der Luftstrom durch die Verunreinigungsadsorptionsanordnung wird vom Hilfseinlaßventil gesteuert, das die Strömungsgeschwindigkeit der Luft durch die Hilfsversorgungsleitung verändern kann. Das System kann nur einen Einlaß aufweisen, durch den Luft aus der Atmosphäre eingelassen wird, und das Primäreinlaßventil und das können den Luftstrom zwischen dem Einlaß und dem abgeschlossenen Raum steuern. Beispielsweise kann Luft, wenn sie nicht verunreinigt ist, direkt vom Primäreinlaß durch das Primäreinlaßventil zum abgeschlossenen Raum strömen und kann das Hilfseinlaßventil kann geschlossen sein. Ist die Luft verunreinigt, wird das Einlaßventil geschlossen, um zu verhindern, daß die Luft direkt zum abgeschlossenen Raum strömt, und das Hilfseinlaßventil wird geöffnet, damit die Luft vom Einlaß durch die Hilfsversorgungsleitung und die Verunreinigungsadsorptionsanordnung zum abgeschlossenen Raum strömen kann. Als Primär- und Hilfseinlaßventil kann ein einziges Ventil dienen, beispielsweise mit einem Einlaß und zwei Auslässen, wobei der Einlaß für die atmosphärische Luft ist und die beiden Auslässe den Primäreinlaß beziehungsweise den Hilfseinlaß darstellen, damit die Luft in die nachgeordneten Bestandteile des Systems strömen kann.
Es ist ebenso vorgesehen, daß das System getrennte Einlässe aufweisen kann, einen für Luft, die nicht verunreinigt ist und die aus der Atmosphäre durch den Einlaß eingelassen wird, und den anderen für Luft, die verunreinigt ist und die unabhängig vom Einlaß für nicht verunreinigte Luft aus der Atmosphäre eingelassen wird. Dies kann eine vorzuziehende Anordnung sein, mit der Luft, die direkt aus der Atmosphäre eingelassen wird, dem System vor einem Ventilator zugeführt werden kann und mit der Luft, die nach der Behandlung in der Adsorptionsanordnung in das System eingelassen wird, dem System hinter dem Ventilator zugeführt werden kann.
Vorzugsweise ist das Hilfseinlaßventil einstellbar, damit das Volumen der Luft, die der Adsorptionsvorrichtung zugeführt wird, auf ein geeignetes Niveau eingestellt werden kann. Es wird häufig vorzuziehen sein, daß das Luftvolumen minimal gehalten wird, um die Belastung der Adsorptionsvorrichtung auf ein Mindestmaß zu senken. Es sollte jedoch ausreichend Luft durch das Einlaßventil in das System eingelassen werden, damit der Sauerstoff ersetzt werden kann, der von den Personen im abgeschlossenen Raum durch Atmung verbraucht wurde. Verfahren zur Bestimmung einer Sauerstoffnachlieferung, die dem Bedarf angemessen ist, sind bekannt.
Das System weist einen Auslaß auf, durch welchen Luft aus dem abgeschlossenen Raum zur Atmosphäre hin entlüftet werden kann. Wenn die atmosphärische Luft nicht verunreinigt ist und Luft durch den Einlaß in das System eingelassen wird, ist es bei vielen Anwendungen bevorzugt, daß der Druck im Raum gleich oder nahe Atmosphärendruck ist; unter diesen Umständen muß der Auslaß keine Druckdifferenz zwischen dem abgeschlossenen Raum und der Atmosphäre aufrechterhalten. Ist die atmosphärische Luft verunreinigt, ist es im Allgemeinen bevorzugt, daß der Luftdruck im abgeschlossenen Raum etwas über Atmosphärendruck gehalten wird. Unter diesen Umständen sollte der Auslaß diese Druckdifferenz aufrechterhalten. Dies kann erreicht werden, indem der Auslaß verändert wird (indem er beispielsweise im Gegensatz zu dem Zustand, wenn die atmosphärische Luft nicht verunreinigt ist, teilweise geschlossen wird). Wahlweise kann das System zwei (oder mehr) Auslässe aufweisen, wobei ein Auslaß verwendet wird, wenn die atmosphäri sche Luft nicht verunreinigt ist, und ein weiterer Auslaß zwischen dem abgeschlossenen Raum und der Atmosphäre eine Druckdifferenz aufrechterhält.
Vorzugsweise umfaßt die Verunreinigungsadsorptionsanordnung zumindest zwei Kammern, welche ein adsorbierendes Material umfassen und so angeordnet sind, daß zur Versorgung des abgeschlossenen Raumes in die Anordnung strömende Luft vor dem Versorgen des abgeschlossenen Raumes zur Adsorption von Verunreinigungen eine der Kammern passieren kann, während das adsorbierende Material in einer anderen der Kammern regeneriert wird, indem adsorbierte Verunreinigungen entfernt werden. Vorzugsweise ist die Verunreinigungsadsorptionsanordnung so angeordnet, daß sie zwischen der Phase, in der die Kammer Kontakt mit der Luft hat, die behandelt werden soll, und der Phase, in der sich das adsorbierende Material in der Kammer regeneriert, in jeder Kammer für eine Veränderung des Drucks und/oder der Temperatur sorgt. Vorzugsweise ist die Anordnung so angeordnet, daß der Druckunterschied in jeder Kammer zwischen der Adsorptions- und der Regenerationsphase mindestens etwa 150 mbar Überdruck beträgt, bevorzugter mindestens etwa 400 mbar Überdruck, insbesondere wenn das adsorbierende Material regeneriert wird, indem es Temperaturänderungen ausgesetzt wird. Wird das adsorbierende Material regeneriert, indem es Temperatur- und Druckänderungen ausgesetzt wird, kann es bevorzugt sein, daß der Druckunterschied in jeder Kammer zwischen der Adsorptions- und der Regenerationsphase mindestens etwa 750 mbar Überdruck beträgt, bevorzugter mindestens etwa 1000 mbar Überdruck, insbesondere mindestens etwa 1500 mbar Überdruck. Der Druck in der Kammer, in der das adsorbierende Material regeneriert wird, kann geringer als Atmosphärendruck sein oder kann höher als Atmosphärendruck sein. Der Unterschied zwischen dem Druck in dieser Kammer und Atmosphärendruck kann mindestens etwa 100 mbar Überdruck betragen, vorzugsweise mindestens etwa 150 mbar Überdruck, zum Beispiel mindestens etwa 350 mbar Überdruck. Ist der Unterschied zwischen dem Druck in einer Kammer in der Adsorptionsphase und Atmosphärendruck geringer als der Unterschied zwischen dem Druck in der Kammer in der Adsorptions- und Regenerationsphase, kann die Anordnung eine Pumpe aufweisen, die den Druck in einer Kammer der Verunreinigungsadsorptionsanordnung während der Regeneration dieses Materials so verändert, daß er unter Atmosphärendruck liegt. Eine derartige Pumpe könnte den Druck in der Kammer auf mindestens etwa 400 mbar unter Atmosphärendruck senken, vorzugsweise mindestens etwa 600 mbar. Die Pumpe kann weitere Funktionen aufweisen: sie kann zum Beispiel dafür verwendet werden, atmosphärische Luft in das System zu ziehen.
Die Verunreinigungsadsorptionsanordnung umfaßt mindestens zwei Kammern. Für viele Anwendungen sind zwei Kammern ausreichend. Bei einigen Anwendungen könnte es jedoch bevorzugt sein, daß eine Adsorptionsanordnung verwendet wird, die mehr als zwei Kammern aufweist. Dies bringt den Vorteil mit sich, daß die Strömungsgeschwindigkeit der Luft durch die Kammern herabgesetzt werden kann, wodurch der Luftströmungswiderstand sinkt.
Vorzugsweise weist das System eine Spülleitung auf, durch die einer Kammer der Verunreinigungsadsorptionsanordnung, in der das adsorbierende Material regeneriert werden soll, Luft zugeführt wird, wobei die Spülleitung Luft vom Auslaß der Kammer zuführt, durch die Luft geströmt ist, damit Verunreinigungen adsorbiert werden. Der Anteil an Luft aus der Kammer, die in der Spülleitung strömt, beträgt vorzugsweise nicht mehr als etwa 25 %, insbesondere nicht mehr als etwa 5 %, des Stroms am Einlaß.
Vorzugsweise weist die Anordnung Mittel zum Erwärmen des adsorbierenden Materials in einer Kammer der Verunreinigungsadsorptionsanordnung während der Regeneration dieses Materials auf. Die Wärme kann von einer oder mehreren elektrischen Heizeinrichtungen bereitgestellt werden, die sich in der Kammer befindet bzw. befinden. Die Temperatur, auf die das adsorbierende Material erwärmt wird, wird unter Berücksichtigung von Faktoren ausgewählt, zu denen die Art des adsorbierenden Materials, die Stärke der Wechselwirkungen zwischen dem adsorbierenden Material und den adsorbierten Verunreinigungen, die Menge des verunreinigenden Stoffs, die adsorbiert wurde und die erforderliche Energie zur Erwärmung des adsorbierten Materials gehört. Es kann eine verhältnismäßig hohe Temperatur bevorzugt werden, um das Herausspülen des adsorbierten Materials zu optimieren.
Die Verunreinigungsadsorptionsanordnung kann Komponenten zur Konditionierung der Luft umfassen, die aus der Atmosphäre eingelassen wird. Beispielsweise kann das System ein Mittel zum Erwärmen oder Kühlen der Luft aufweisen, die aus der Atmosphäre eingelassen wird, insbesondere ein Mittel, das sich von dem Mittel zum Konditionieren der Luft unterscheidet, das zur Behandlung von nicht verunreinigter Luft vorgesehen ist, die aus der Atmosphäre eingelassen wird, oder von rezirkulierender Luft. Die Einbindung getrennter Komponenten zur Kühlung (oder anderen Konditionierung) von Luft kann den Vorteil aufweisen, daß der Vorgang der Adsorption von Verunreinigungen in der Luft leistungsfä higer gestaltet werden kann. Das System kann Mittel zum Auffangen von Flüssigkeitströpfchen und Feststoffteilchen aufweisen, die die Luft mit sich führt, die aus der Atmosphäre in das System gelangt. Sie können in Form eines Fliehkraftabscheiders vorliegen, in dem die Luft mit Schaufeln in eine spiralförmige Strömung versetzt wird, wodurch Flüssigkeitströpfchen, die die Luft mit sich führt, zum Zusammenfließen gebracht werden; derartige Abscheider sind bekannt. Das System kann einen Filter zum Entfernen von partikelförmigen Verunreinigungen aus der Luft aufweisen, die in das System gelangt. Geeignete Filtermedien weisen Mikrofasern aus Borsilikatglas auf.
Vorzugsweise weist die Hilfsversorgungsleitung, in der die Adsorptionsanordnung angeordnet ist, einen Ventilator auf, der Luft durch die Adsorptionsanordnung bewegt (der hinter der Adsorptionsanordnung angeordnet ist, damit Luft hindurchgesaugt wird, oder davor angeordnet ist, damit die Luft hindurchgedrückt wird) und der für einen Überdruck sorgt, damit gewährleistet ist, daß Luft in das System eingelassen wird, damit sie mit Luft vermischt werden kann, die sich bereits im abgeschlossenen Raum befindet oder zur Versorgung des abgeschlossenen Raums rezirkuliert wird.
Die Verunreinigungsadsorptionsanordnung kann verwendet werden, um Stoffe in Form von Gasen, Flüssigkeiten und Teilchen aus Luft zu entfernen, die eingeatmet werden soll. Die Art des adsorbierenden Materials wird entsprechend der Art der Verunreinigungen in der Luft ausgewählt. Zu Beispielen für geeignete adsorbierende Materialien gehören Aktivkohlen und Molekularsiebe.
Vorzugsweise weist das System eine Anordnung zum Adsorbieren von Kohlendioxid aus der Luft in dem abgeschlossenen Raum auf. Die Kohlendioxid-Adsorptionsanordnung kann eine Extraktionsleitung umfassen, mittels welcher Luft aus dem abgeschlossenen Raum zum Adsorbieren von Kohlendioxid extrahiert wird, und eine Injektionsleitung, durch welche die Luft, aus der in der Anordnung Kohlendioxid adsorbiert wurde, zum Atmen in den abgeschlossenen Raum wiedereingeführt wird. Die Luft, die in der Kohlendioxid-Adsorptionsanordnung behandelt wird, kann aus dem abgeschlossenen Raum oder aus der Rezirkulationsleitung oder aus der Hauptversorgungsleitung eingelassen werden. Über die Injektionsleitung zum Einführen von Luft, aus der Kohlendioxid adsorbiert wurde, kann die Luft in den abgeschlossenen Raum oder in die Rezirkulationsleitung oder in die Hauptversorgungsleitung eingeleitet werden.
Die Anordnung zum Adsorbieren von Kohlendioxid kann dieselbe Anordnung sein, die Verunreinigungen in der Luft adsorbiert, die aus der Atmosphäre eingelassen wird. Zum Beispiel kann, wenn die Verunreinigungsadsorptionsanordnung einen Kompressor aufweist, Luft aus dem abgeschlossenen Raum (mit einem hohen Kohlendioxidgehalt) in den Einlaß des Kompressors eingeleitet werden.
Vorzugsweise weist das System einen Sensor für Verunreinigungen in der atmosphärischen Luft auf. Die Art des Sensors hängt von der Art der Verunreinigungen ab, die erfaßt werden sollen. Vorzugsweise werden die Signale, welche bewirken, daß (a) das Einlaßventil zu seiner vollständig geschlossenen Stellung hin bewegt wird und (b) sowohl das Rezirkulier- als auch das Hilfseinlaßventil zu seiner vollständig offenen Stellung bewegt wird, als Reaktion auf das Erfassen von Verunreinigungen in der atmosphärischen Luft durch den Sensor erzeugt. Die Signale können jedoch auch als Reaktion auf eine manuelle Aktivierung der Betätigungsvorrichtung erzeugt werden. Beispielsweise können sie durch die Betätigung eines Schalters erzeugt werden.
Das System kann zusätzliche Bestandteile zur Behandlung der Luft aufweisen, die in das System eingelassen wird, um in der Adsorptionsanordnung behandelt zu werden. Zum Beispiel kann das System einen oder mehrere Filter für die Luft in der Hilfsversorgungsleitung aufweisen.
Vorzugsweise umfaßt die Hilfsversorgungsleitung einen Kompressor, um Luft aus der Adsorptionsanordnung in den abgeschlossenen Raum zu lassen. Der Kompressor kann so arbeiten, daß er Luft durch den abgeschlossenen Raum hindurch bewegt. Der Kompressor kann so arbeiten, daß er Luft aus dem abgeschlossenen Raum durch die Rezirkulationsleitung und durch Behandlungskomponenten bewegt, wenn diese vorhanden sind.
Beschreibung von bevorzugten Ausführunsgbeispielen der Erfindung
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Figuren einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
1 eine schematische Darstellung, in der die Bestandteile eines Luftbehandlungssystems gemäß der Erfindung dargestellt sind; und
2 eine vergrößerte Darstellung der regenerativen Adsorptionsanordnung, die in das System eingebunden ist, das in 1 dargestellt ist.
Mit Bezug auf die Zeichnungen zeigt 1 ein System zum Behandeln von Luft, die in einem abgeschlossenen Raum 2 eingeatmet werden soll. Der Raum kann ein Fahrzeug wie ein landwirtschaftliches Fahrzeug sein oder ein Fahrzeug in einer Betriebsanlage, in der unangenehmer oder gefährlicher Rauch oder unangenehme oder gefährliche Dämpfe vorhanden sind. Der Raum kann ein Zimmer in einem Gebäude oder ein ganzes Gebäude sein.
Aus der Atmosphäre wird saubere Luft durch einen Einlaß 10 in das System eingelassen. Die Luft gelangt durch einen Filter 12, insbesondere einen HEPA-Filter, und eine Luftkonditionierungseinheit 14 in den abgeschlossenen Raum. Die Luft wird mit einem Ventilator 18 über eine Hauptversorgungsleitung 16 durch den Filter und die Luftkonditionierungseinheit in den abgeschlossenen Raum geleitet. Der Luftstrom in das System durch den Einlaß 10 wird mit Hilfe eines Einlaßventils 20 gesteuert.
Die Luftkonditionierungseinheit 14 dient der Steuerung der Temperatur und der Feuchtigkeit der Luft, die in den abgeschlossenen Raum eingelassen wird. Wenn die Luft, die durch den Einlaß in das System eingelassen wird, kalt ist, kann die Luftkonditionierungseinheit die Temperatur der Luft so erhöhen, daß die Behaglichkeit der Personen im abgeschlossenen Raum nicht beeinträchtigt wird. Wenn die Luft, die in das System eingelassen wird, warm ist, kann die Luftkonditionierungseinheit die Temperatur der Luft absenken.
Das System weist einen Auslaß 22 des abgeschlossenen Raums auf, durch den Luft aus dem Raum herausströmen kann, damit im abgeschlossenen Raum unter Berücksichtigung der einströmenden Luft durch die Hauptversorgungsleitung eine ausgeglichene Stoffbilanz aufrechterhalten bleibt. Ist die Luft aus der Atmosphäre, die in das System eingelassen wird, frei von Verunreinigungen, sodaß Luft durch den Einlaß 10 zugeführt wird, wird der Druck im abgeschlossenen Raum bei oder nahe Atmosphärendruck gehalten.
Das System weist eine Rezirkulationsleitung 24 auf, durch die Luft aus dem abgeschlossenen Raum vor dem Ventilator 18 und der Luftkonditionierungseinheit 14 in die Versorgungsleitung 16 strömen kann. Der Luftstrom durch die Rezirkulationsleitung kann mit Hilfe eines Rezirkulierventils 26 gesteuert werden. Luft, die durch die Rezirkulationsleitung 24 strömt, passiert einen HEPA-Filter 28.
Das System weist einen Hilfseinlaß 30 auf, durch den Luft aus der Atmosphäre in das System eingelassen werden kann. Luft, die über den Hilfseinlaß in das System eingelassen wird, gelangt in einer Hilfsversorgungsleitung 31 durch einen Kompressor 32 und einen Filter 34, mit dem Teilchen und Tröpfchen aus der Luft entfernt werden können. Das System weist auch eine Adsorptionsanordnung 36 mit zwei Kammern zum Entfernen von Verunreinigungen aus der Luft auf, die im Folgenden anhand von 2 ausführlicher beschrieben wird. Der Luftstrom durch den Hilfseinlaß 30 in das System wird von einem Hilfseinlaßventil 38 gesteuert. Aus der Hilfsversorgungsleitung 31 wird Luft in die Hauptversorgungsleitung 16 abgegeben, in der sie durch die Luftkonditionierungseinheit 14 in den abgeschlossenen Raum 2 strömt.
Das System weist eine Kohlendioxid-Adsorptionsanordnung 40 auf, die eine Extraktionsleitung 42 aufweist, in der Luft aus dem abgeschlossenen Raum 2 mit einem Kompressor 44 als Antrieb extrahiert wird. Die Luft, die aus dem abgeschlossenen Raum extrahiert wird, strömt durch eine Adsorptionsanordnung 46 mit zwei Kammern zum Entfernen von Kohlendioxid. Die Bestandteile, Anordnung und Arbeitsweise der Kohlendioxid-Adsorptionsanordnung sind weitgehend dieselben wie bei der Adsorptionsanordnung in der Hilfsversorgungsleitung, mit möglichen geeigneten Abweichungen entsprechend dem erforderlichen Volumen des Adsorptionsmittels und der Art des Adsorptionsmittels unter Berücksichtigung des Materials, das adsorbiert werden soll. Die Luft, die in der Kohlendioxid-Adsorptionsanordnung behandelt wurde, wird durch eine Injektionsleitung 48 in den abgeschlossenen Raum 2 zurückgeführt.
Statt in einer getrennten Kohlendioxid-Adsorptionsanordnung kann Luft aus dem abgeschlossenen Raum in die Hilfsversorgungsleitung 31 (beispielsweise in den Kompressor 32) eingeleitet werden, damit Kohlendioxid in der Adsorptionsanordnung 36 adsorbiert wird.
Das System weist einen Sensor 49 zum Erfassen von verunreinigenden Stoffen in der atmosphärischen Luft außerhalb des Systems auf. Der Sensor ist so eingerichtet, daß er Stoffe erfaßt, die von dem abgeschlossenen Raum ferngehalten werden sollen, zum Beispiel weil sie den Personen unangenehm sind, die in dem abgeschlossenen Raum Luft einatmen, oder weil sie gefährlich sind. Aus diesen Gründen findet die Erfindung Anwendung in der näheren Umgebung von Chemieanlagen usw., wo die Gefahr des Entweichens gefährlicher Stoffe bestehen könnte.
In dem Fall, daß der Sensor einen verunreinigenden Stoff erfaßt, erzeugt er Signale, mit denen das Einlaßventil 20, das Rezirkulierventil 26, das Hilfseinlaßventil 38 und, wenn es einstellbar ist, ein Ventil am Auslaß 22 des abgeschlossenen Raums gesteuert werden kann.
Wenn die atmosphärische Luft sauber ist, ist das Einlaßventil 20 offen, sodaß Luft durch den Einlaß in das System gelangen kann. Das Rezirkulierventil 26 und das Hilfseinlaßventil 38 sind geschlossen und die Luft kann ungehindert durch den Auslaß 22 des abgeschlossenen Raums aus dem abgeschlossenen Raum herausströmen. Durch den Ventilator 18 wird ein Luftstrom aus dem Einlaß 10 durch die Luftkonditionierungseinheit 14 und durch den abgeschlossenen Raum gewährleistet.
Erfaßt der Sensor einen verunreinigenden Stoff, werden Signale erzeugt, durch die (a) sich das Einlaßventil 20 in seine geschlossene Stellung bewegt, (b) sich das Rezirkulierventil 26 in seine offene Stellung bewegt, (c) sich das Hilfseinlaßventil 38 in seine offene Stellung bewegt und (d) sichergestellt wird, daß der Auslaß 22 des abgeschlossenen Raums derart ist, daß zwischen dem abgeschlossenen Raum und der Atmosphäre eine Druckdifferenz erhalten bleibt. Zusätzlich werden bei Vorhandensein eines verunreinigenden Stoffs die Kompressoren 32, 44, die mit der Verunreinigungsadsorptionsanordnung und der Kohlendioxid-Adsorptionsanordnung in Zusammenhang stehen, angeschaltet, damit Gas durch diese Anordnungen strömt.
Folglich wird, wenn ein verunreinigender Stoff erfaßt wird, Luft im abgeschlossenen Raum durch die Rezirkulationsleitung 24 und ihren zugehörigen HEPA-Filter 28 und durch die Luftkonditionierungseinheit 14 rezirkuliert. In der Luftkonditionierungseinheit werden Temperatur und Feuchtigkeit der Luft nach Bedarf vermindert, bevor sie wieder in den abgeschlossenen Raum eingeführt wird.
Es ist eine Folge der Rezirkulation von Luft, nachdem sie im abgeschlossenen Raum eingeatmet wurde, daß der Sauerstoffgehalt in der Luft abnimmt und der Kohlendioxidgehalt zunimmt. Die Verringerung des Sauerstoffgehalts wird durch die Luftzufuhr in das System über die Hilfsversorgungsleitung 31 ausgeglichen. Der Anstieg des Kohlendioxidgehalts wird durch die Behandlung von Luft aus dem abgeschlossenen Raum in der Kohlendioxid-Adsorptionsanordnung ausgeglichen. Die Stoffbilanz im System wird gegebenenfalls durch Abgabe von Luft aus dem abgeschlossenen Raum (oder an anderer Stelle im System) durch den Auslaß 22 aufrechterhalten.
Der Luftstrom durch die Rezirkulationsleitung 24 wird durch den Ventilator 18 und den Kompressor 32 in der Hilfsversorgungsleitung bewegt. Wird jedoch Luft aus dem abgeschlossenen Raum rezirkuliert, kann der Luftstrom vom Kompressor ohne den Ventilator bewegt werden.
2 zeigt eine Adsorptionsanordnung mit zwei Kammern der allgemeinen Ausführung, die zur Entfernung von Verunreinigungen aus der Luft verwendet werden kann, die dem abgeschlossenen Raum zugeführt wird (direkt über die Hilfsversorgungsleitung oder indirekt, wie in 1 dargestellt ist), und zur Entfernung von Kohlendioxid aus der Luft, nachdem sie im abgeschlossenen Raum eingeatmet wurde. Abweichungen bei der Ausgestaltung der Anordnungen könnten zum Beispiel die Art der verunreinigenden Stoffe betreffen, das Volumen der Kammern, die Temperatur- und/oder Druckbedingungen, die in den Kammern herrschen, während das Adsorptionsmaterial vom adsorbierten Gas befreit wird und so weiter. Die Auswahl von Ausgestaltungsparametern dieser Ausführungen ist gut eingeführt.
Die Anordnung, die in 2 dargestellt ist, umfaßt die zwei Kammern 90, 92. Jede Kammer enthält ein Material 94, das gasförmige Verunreinigungen in der Luft adsorbiert. Durch einen Einlaß 102 in der Anordnung wird der Anordnung Luft zugeführt. Der Einlaß teilt sich in die linke und rechte Abzweigung 104, 106 zur Zufuhr von Luft zu den Kammern 90, 92. Jede Abzweigung des Einlasses weist darin ein Ventil 108, 110 zum Steuern der Luftzufuhr zu den Kammern auf.
An denselben Enden wie die Abzweigungen 104, 106 des Einlasses stehen mit jeder der Kammern 90, 92 die Ablaßabzweigungen 112, 114 in Verbindung. Der Luftstrom durch jede der Ablaßabzweigungen wird mit Hilfe der Ventile 116, 118 der Ablaßabzweigungen gesteuert.
Luft, die behandelt werden soll, strömt durch die Kammern über das adsorbierende Material. Durch die Auslässe 124, 126 tritt die Luft aus den Kammern aus. Der Luftstrom durch die Auslässe wird mit Hilfe der Auslaßsteuerventile 128, 130 gesteuert. Zwischen den Auslässen 124, 126 verläuft eine Spülleitung 132, damit zwischen den Kammern eine geringe Menge Gas strömen kann, wenn zwischen ihnen eine Druckdifferenz vorliegt.
Bei einer ersten Kammer 90 ist das Ventil 108 der Abzweigung des Einlasses offen und ist das Ventil 116 der Ablaßabzweigung geschlossen. Bei der anderen Kammer 92 ist das Ventil 110 der Abzweigung des Einlasses geschlossen und ist das Ventil 118 der Ablaßabzweigung offen. Daher passiert Luft, die durch den Einlaß 102 in die Anordnung gelangt, die erste Kammer 90, in der sie über das adsorbierende Material 94 darin strömt, sodaß Verunreinigungen in der Luft adsorbiert werden. Das Auslaßsteuerventil 128 für diese Kammer ist offen, sodaß Luft, die aus der ersten Kammer 90 ausströmt, zur Versorgungsleitung 134 strömen kann. Das Auslaßsteuerventil 130 für die andere Kammer ist geschlossen, sodaß im Wesentlichen keine Luft in die zweite Kammer 94 hinein oder aus ihr heraus strömt. Es ist jedoch ein geringer Reinigungsluftstrom durch die Spülleitung 132 aus der ersten Kammer in die zweite Kammer vorhanden. Dieser geringe Luftstrom kann in einer Richtung durch die zweite Kammer strömen, die der Richtung entgegengesetzt ist, in der die Luft strömt, wenn sie behandelt wird. Aufgrund der Einstellungen des Ventils 110 der Abzweigung des Einlasses und des Ventils 118 der Ablaßabzweigung gelangt der Reinigungsstrom in die Ablaßabzweigung 114. Das Abfließen kann durch eine Vakuumpumpe 136 unterstützt werden. Während der Reinigungsphase der zweiten Kammer werden elektrische Heizeinrichtungen (nicht dargestellt) in der Kammer mit Strom versorgt, mit denen die Temperatur des adsorbierenden Materials erhöht wird, damit es leichter vom adsorbierten Material befreit werden kann.
Nach einem vorher festgelegten Zeitraum des Kontakts mit verunreinigter Luft oder wenn der Gehalt an erfaßten adsorbierten Verunreinigungen in der ersten Kammer einen vorher festgelegten Wert übersteigt, werden die Stellungen der Ventile in den Einlaß- und Ablaßabzweigungen und die der Auslaßsteuerventile so verändert, daß die erste Kammer von adsorbierten Verunreinigungen gereinigt wird, während die zweite Kammer mit der Luft in Berührung kommt, die behandelt werden muß.

Claims

System zum Behandeln von Luft, welche in einem abgeschlossenen Raum eingeatmet werden soll, mit: a. einem Primäreinlaß, durch welchen Luft aus der Atmosphäre in das System eingelassen werden kann, b. einem Primäreinlaß-Ventil, mittels dessen der Fluß von Luft in das System durch den primären Einlaß reguliert werden kann, c. einem Auslaß, durch welchen die Luft in den abgeschlossenen Raum zur Atmosphäre hin entlüftet werden kann, d. einer Rezirkulationsleitung, durch welche Luft aus dem abgeschlossenen Raum rezirkuliert werden kann, um in den abgeschlossenen Raum wiedereingelassen zu werden, e. einer Verunreinigungsadsorptionsanordnung, mittels welcher Verunreinigungen in atmosphärischer Luft adsorbiert werden können, wobei die Anordnung in einer Hilfsversorgungsleitung angeordnet ist, durch welche Luft aus der Atmosphäre (i) zur Behandlung mittels der Adsorptionsanordnung, um Verunreinigungen zu absorbieren, und (ii) zur Vermischung mit Luft, welche in dem oder zur Versorgung des abgeschlossenen Raumes vorgesehen ist, fließen kann, f. einem Hilfseinlaßventil, mittels dessen der Fluß von Luft durch die Verunreinigungsadsorptionsanordnung und die Hilfsversorgungsleitung reguliert werden kann und g. einem Mittel, welches Signale erzeugen kann, um das Einlaß- und das Hilfseinlaßventil zu steuern, wobei das Mittel Signale erzeugen kann, welche bewirken, daß (a) sich das Primäreinlaßventil zu seiner vollständig geschlossenen Stellung hin bewegt und (b) sich das Hilfseinlaßventil zu seiner vollständig offenen Stellung hin bewegt.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Luft aus dem abgeschlossenen Raum, die durch die Rezirkulierleitung rezirkuliert wird, in den abgeschlossenen Raum wieder eingelassen wird, ohne die Verunreinigungsadsorptionsanordnung passieren zu haben.
System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Rezirkulierventil, mittels dessen der Fluß von Luft durch die Rezirkulierleitung gesteuert werden kann.
System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel Signale erzeugen kann, um das Rezirkulierventil zu steuern, wobei bewirkt wird, daß sich gemeinsam mit der Bewegung des Hilfseinlaßventils zu seiner vollständig offenen Stellung hin und der Bewegung des Primäreinlaßventils zu seiner vollständig geschlossenen Stellung das Rezirkulierventil zu seiner vollständig offenen Stellung hin bewegt.
System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Hauptversorgungsleitung, durch welche der abgeschlossene Raum mit Luft versorgt wird, wobei die Rezikulierleitung Luft aus dem abgeschlossenen Raum zur Wiedereinführung in den abgeschlossenen Raum in die Versorgungsleitung einführt.
System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptversorgungsleitung Komponenten zur Konditionierung der Luft umfaßt, mit welcher der abgeschlossene Raum zu versorgen ist.
System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftkonditionierungskomponenten dazu dienen, die Temperatur oder die Feuchtigkeit der Luft, mit welcher der abgeschlossene Raum versorgt wird, zu verändern.
System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftkonditionierungskomponenten angeordnet sind, um die Luft zu behandeln, welche aus mindestens eine aus den folgenden Komponenten in den abgeschlossenen Raum eintritt: Einlaß Rezirkulierleitung und Hilfsversorgungsleitung.
System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsversorgungsleitung mit der Hauptversorgungsleitung so verbunden ist, daß Luft, welche die Verunreinugungsadsorptionsanordnung passiert hat, durch die Hauptversorgungsleitung in den abgeschlossenen Raum eingelassen wird.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verunreinigungsadsorptionsanordnung zumindest zwei Kammern umfaßt, welche ein absorbierendes Material umfassen und so angeordnet sind, daß zur Versorgung des abgeschlossenen Raumes in die Anordnung fließende Luft vor dem Versorgen des abgeschlossenen Raumes zur Adsorption von Verunreinigungen eine der Kammern passiert, während das absorbie rende Material in einer anderen der Kammern von den adsorbierten Verunreinigungen befreit wird.
System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Anordnung zum Absorbieren von Kohlendioxid aus der Luft in dem abgeschlossenen Raum.
System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlendioxid-Adsorptionsanordnung eine Extraktionsleitung, mittels welcher Luft aus dem abgeschlossenen Raum zum Absorbieren von Kohlendioxid extrahiert wird, und eine Injektionsleitung umfaßt, durch welche die Luft, aus der in der Anordnung Kohlendioxid adsorbiert wurde, zum Atmen in den abgeschlossenen Raum wiedereingeführt wird.
System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionsleitung Luft, aus welcher Kohlendioxid adsorbiert wurde, in den abgeschlossenen Raum einführt.
System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Sensor für Verunreinigungen in atmosphärischer Luft.
System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale, welche bewirken, daß (a) das Primäreinlaßventil zu seiner vollständig geschlossenen Stellung hin bewegt wird und (b) das Hilfseinlaßventil zu seiner vollständig offenen Stellung hin bewegt wird, als Reaktion auf das Erfassen von Verunreinigungen in der atmosphärischen Luft durch den Sensor erzeugt werden.
System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Ventilator zum Zirkulieren von Luft durch den abgeschlossenen Raum.
System nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine Hauptversorgungsleitung, durch welche der abgeschlossene Raum mit Luft versorgt wird, wobei der Ventilator so angeordnet ist, daß er den Luftfluß in der Hauptversorgungsleitung beeinflußt.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsversorgungsleitung einen Kompressor umfaßt, um Luft aus der Adsorptionsanordnung in den abgeschlossenen Raum zu lassen.
System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Filter in dem Einlaß zum Entnehmen von Verunreinigungen aus der Luft, welche aus der Atmosphäre zu dem System gelassen wird.